Une première cathédrale Saint-Joseph se dressait à cet emplacement depuis la fin du XIXe siècle, mais elle fut détruite par les bombardements de la Seconde Guerre mondiale. Lors de sa visite en Bulgarie en 2002, le pape Jean-Paul II bénit la première pierre d'une nouvelle église, et la cathédrale actuelle fut achevée et consacrée en 2006.
Le bâtiment moderne possède un intérieur lumineux et sobre, orné de vitraux. Une statue de Jean-Paul II se dresse devant, rappelant la visite papale qui lança la reconstruction. La cathédrale sert la communauté catholique de Sofia, qui compte à la fois des Bulgares et de nombreux résidents étrangers.
La cathédrale se trouve rue Knyaz-Boris-Ier, au centre-ville, à distance de marche de la mosquée Banya Bashi et des halles centrales : elle s'intègre donc dans une promenade à travers les différents lieux de culte de Sofia.
